KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat dan kebaikan-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan penyusunan paper kami tentang “Struktur Space-Frame” ini. Oleh karena penyertaan-Nya, saya mampu menyelesaikan paper ini dengan baik, meskipun melalui berbagai hambatan.
Dalam penyusunannya, saya memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak, karena itu kami mengucapkan terima kasih kepada setiap pihak yang meberi bantuan pada saya, juga kepada Ir. Husni Kuruseng, MT. selaku dosen mata kuliah Struktur Konstruksi Bangunan 4 atas bimbingan yang diberikan.
Sehingga paper ini dapat saya selesaikan.
Harapan kami semoga materi ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, khusunya mengenai “Sistem Space-Frame dalam Bangunan Bentangan Lebar”. Sehingga, setiap informasi dan cakupan yang terdapat dari makalah ini dapat menjadi bekal bagi para pembaca agar dapat memperoleh dan memperdalam wawasan dalam menggeluti struktur bangunan bentang lebar yang menggunakan sistem struktur space-frame, bagaimana harus merencanakan, dan menerapkan ide-ide desain bangunannya.
Mengingat kapasitas kamu sebagai manusia biasa, tentu dalam makalah ini masih terdapat banyak kekurangan. Kami selaku penulis mohon maaf dan mengharapkan kritik dan saran dari berbagai pihak agar tugas selanjutnya bisa lebih baik. Akhir kata, kami selaku penulis mengucapkan terima kasih.
Gowa, 20 Agustus 2016
Penyusun
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... i
DAFTAR ISI... ii
BAB I PENGENALAN STRUKTUR SPACE-FRAME...1
1.1. Pengenalan Umum... 1
1.2. Definisi Space Frame...2
1.3. Konsep Dasar Space-Frame...3
1.4. Keuntungan Menggunakan Struktur Space-Frame...4
BAB II PRINSIP & MEKANISME KERJA SISTEM SPACE-FRAME...6
2.1. Prinsip Umum Space-Frame...6
2.2. Prinsip Mekanik Space-Frame...7
2.3. Double Layer Grids dan Metode Dukungan Struktural...10
BAB III SISTEM SAMBUNGAN SPACE-FRAME...16
3.1. Sistem Sambungan pada Space-Frame...16
3.1.1. Sistem Mero... 16
3.1.2. Sistem Unistrud... 17
3.1.3. Sistem Oktaplat...17
3.1.4. Sistem Space Deck...18
2.2.5. Sistem Triodetik... 19
3.2. Ragam Bentuk Pengembangan Struktur Space-Frame...19
BAB IV PENERAPAN SPACE-FRAME DALAM KONSTRUKSI NYATA...24
4.1. Heydar Aliyev Center...24
4.2. Stasiun TVG... 25
4.3. Riverside Museum... 25
4.4. Old Trafford Stadium... 26
4.5. London Aquatic Center...27
DAFTAR PUSTAKA... ii
SESI TANYA-JAWAB... iii
BAB I
PENGENALAN STRUKTUR SPACE-FRAME
1.1. Pengenalan Umum
Suatu ketertarikan yang sangat meningkat terhadap penggunaan space-frame disaksikan sebagian besar dunia pada masa kini. Pencarian terhadap bentuk struktur yang baru untuk menampung area-area terhambat yang besar sudah menjadi objek utama para arsitek dan insinyur yang berkecimpung di dalamnya. Dengan kehadiran teknik membangun yang baru dan material konstruksi, sistem space-frame sering kali memberi solusi tepat dan memuaskan kebutuhan akan keringanan beban, nilai ekonomis, dan sistem konstruksi yang cepat. Kemajuan signifikan telah dicapai dalam proses pengembangan sistem space-frame. Banyak program penelitian teoritis dan eksperimental dilakukan oleh berbagai universitas dan institusi peneliti di berbagai negara. Hasilnya, informasi yang bernilai tinggi disebarluaskan dan hasil yang berkeuntungan besar dimasukkan ke dalam tahap percobaan.
Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap cepatnya proses perkembangan terhadap penerapan sistem space-frame dapat dijelaskan sebagai berikut. Pertama, penelusuran yang dilakukan untuk ruang indoor yang besar sudah selalu menjadi fokus dari aktivitas manusia. Sebagai konsekuensinya, turnamen/kompetisi olahraga, pertunjukkan/pentas budaya, perkumpulan massa (masyarakat), dan pameran dapat diselenggarakan di dalam satu atap (secara bersamaan dalam suatu tata massa). Sistem produksi modern dan kebutuhan operasional yang lebih besar juga membuat tuntutan untuk ruang yang lebih luas dengan suatu campur tangan minimum dari dukungan-dukungan yang bersifat internal.
Sistem space-frame menyediakan keuntungan bahwa ruang interior dapat digunakan dalam berbagai cara dan kemudian betul-betul dibuat sesuai untuk berbagai kebutuhan.
Space-frame tidak menentukan secara besar dan statis serta analisisnya mengantar pada perhitungan-perhitungan yang sangat membosankan. Tingkat kesulitan analisis yang rumit dari semacam sistem yang difungsikan untuk penggunaannya yang terbatas. Pengenalan akan penggunaan komputer mengubah pola analisis sistem space-frame secara radikal. Dengan menggunakan program, sangat mudah menganalisis struktur yang sangat kompleks secara cepat dan akurat.
Akhirnya, sistem space-frame memiliki masalah dalam menghubungkan banyak batang (member) (biasanya sampai 20) dalam ruang/tempat melalui sudut berbeda pada satu titik. Munculnya beberapa metode penghubung dari sistem-sistem kepemilikan telah membuat banyak peningkatan dalam penerapan konstruksi space-frame, yang memberi kesederhanaan dan efisiensi dalam menghubungkan batang-batang. Untuk
(jointing system) dapat diperoleh dengan metode penggunaan material terfabrikasi (fabricated material).
1.2. Definisi Space Frame
Sebuah kelompok kerja yang bergelut dalam bidang struktur bentangan dari suatu asosiasi internasional, IASS mengatakan : “space- frame adalah sistem struktur yang mempertemukan elemen-elemen linear secara terorganisir sehingga gaya-gaya dialirkan dengan prinsip tiga dimensi.” Menurutnya, “dalam beberapa kasus, elemen yang berperan biasanya berupa elemen 2 dimensi sehingga secara makro, space-frame dapat mengambil bentuk yang betul-betul datar ataupun bentuk yang punya kelengkungan."
Dari definisi tadi, dapat kita sadari bahwa sistem struktur tergolong ke dalam sistem struktur space-frame didasarkan pada sifat struktur yang berkisi-kisi. Sehingga, ASCE Task Comitee menyimpulkan bahwa, “Suatu struktur yang berikisi-kisi adalah sistem struktur dengan bentuk jaringan yang tersusun atas berbagai elemen (seperti yang dibuat berlawanan dengan permukaan yang berkesinambungan).” Setiap bagian (potongan) dengan sitem roll, sistem tekan, ataupun sistem fabrikasi meliputi seluruh elemen batang (member). Karakteristik lain dari struktur yang berkisi-kisi adalah mekanisme penyaluran bebannya memang alami tiga dimensi.
ACSE juga menggolongkan karakteristik tiga-dimensi termasuk permukaan datar yang pembebanannya tegak lurus terhadap bidang termasuk permukaan yang melengkung. Pernyataan ini juga mengecualikan sistem-sistem struktur seperti sistem truss-frame biasa atau sistem rangka bangunan (building frame), yang kira-kira dapat dibagi ke dalam beberapa jenis rangka planar di mana pembebanan terdapat dalam bidang yang terbentuk dari sistem rangka tersebut. Sehingga, dalam hal ini sistem rangka ruang (space-frame) dan struktur berkisi-kisi (latticed structure) memiliki kemiripan yang bisa dipandang ‘sama’.
Selain itu, ada istilah serupa yang sering muncul dalam referensi yaitu ‘space-truss’. Dilihat dari segi analisis struktural, space-frame dianalisa melalui asumsi pada sambungan yang kaku yang menyebabkan torsi internal dan momen dalam batang-batangnya, sedangkan space-truss diasumsikan sebagai sambungan engsel (bersendi) sehingga tidak memiliki momen pada batang-batang internalnya. Memilih sistem space-frame atau space-truss bergantung pada detail sistem sambungan. Namun, dalam pembelajaran, prinsip penggunaan sambungan rigid atau sendi tidaklah tetap. Misalnya suatu upper structure bangunan menggunakan permukaan lengkung dengan prinsip single layer yang sitem rangkanya dapat menggunakan kedua jenis sambungan (sambungan kaku dan sendi).
Sehingga, pemilihan sistem yang diterapkan dapat berupa space-frame ataupun space-truss.
1.3. Konsep Dasar Space-Frame
Permukaan bentangan yang dibentuk oleh struktur space-frame dapat melengkung ataupun lurus, meskipun melihat material dan kesan struktur space-frame terkesan terbilang kaku. Bentuk struktur space-frame yang paling awal dan paling mendasar adalah single layer space-frame (space-frame dengan satu lapis permukaan). Dengan ditambah grid-grid secara lebih lanjut, single layer grid terbentuk. Karakteristik utama dari konstruksi grid secara keseluruhan langsung menyebarkan beban sebagaimana berlawanan dengan sistem transfer linear beban dalam sebuah sistem frame pada umumnya. Sejak semacam transfer beban umumnya dikendalikan, untuk bentangan yang lebih besar, pengendalian kekakuan ditingkatkan lebih efisien dengan dikembangkan menjadi double layer space-frame. Mekanisme transfer beban dari space-frame yang melengkung secara esensial berbeda dari sistem sistem grid yang mana meripakan membran utama. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut ini.
Gambar 1.3.1 Contoh Struktur Frame Atap Bujursangkar
Pada gambar di atas, gambar a (gambar 1.3.1a) merupakan struktur planar berkisi-kisi (planar latticed structure). Integritas kerja struktur ini, didukung oleh perkuatan lurus (purlin) dan perkuatan diagonal (bracing) yang mencegah gaya dengan arah yang tak beraturan hingga sampai ke penyangga (kolom struktur). Sedangkan, pada gambar b (gambar 1.3.1b), sistem rangka berkisi-kisi dibentangkan secara orthogonal untuk membentuk sistem grid ruang berkisi-kisi (space latticed grids) yang mengurangi beban atap secara terintegrasi menyeluruh menyalurkan beban ke kolom melalui perimeternya. Saat beban-beban ditangani rangka- rangka secara 3 dimensi, beban-beban yang saling berhubungan dari space latticed grids (gambar 1.3.1b) cenderung lebih rendah dari planar latticed structure (gambar 1.3.1a) dan tingkat kedalamannya dapat dikurangi melalui konsep space-frame. Kemudian, perhatikan gambar berikut ini.
Gambar 1.3.2 Rangka Atap Berbentuk Kubah
Untuk merancang sebuah kubah (dome), terdapat dua cara mendesain sistem rangka-rangka yang struktural. Seperti pada gambar di atas. Pada gambar a (gambar 1.3.2a), sistem framing menggunakan sistem rangka yang kompleks dengan menggabungkan beberapa elemen-elemen dasar yang berperan penting arch, purlin, batang primer dan sekunder (primary beam dan secondary beam) yang dibentangkan dalam satu permukaan. Tiap-tiap komponen berperan memperkuat strukturnya.
Sedangkan, pada gambar b (gambar 1.3.2b), sistem framing tersebut merupakan sistem yang mempertemukan antara batang-batang longitudinal, batang-batang meridional, dan batang-batang diagonal yang memiliki kemiripan dengan sistem cangkang berkisi (latticed shell) dan merupakan sistem yang mengurangi kapasitas yang dipastikan hanya dilalui aksi integral secara menyeluruh.
Perbedaan antara struktur planar (planar structure) dengan space- frame dapat dilihat melalui aliran-aliran gayanya. Pada struktur planar, gaya-gaya didistribusikan melalui komponen sekunder, lalu ke komponen primer, dan akhirnya ke pondasinya (dari komponen-komponen yang bersifat ringan hingga ke yang berat). Selain itu, sistem planar ini mengelompokkan komponen rangka berdasarkan tingkatan khusunya, bukan hanya memandang prinsip rangka yang saling berpotongan tegak lurus. Sedangkan, pada sistem space frame, tidak terdapat urutan-urutan dalam penyaluran gaya dan setiap elemen memiliki peran yang sama dengan tujuan untuk menangani gaya-gaya dengan penyesuaian terhadap prinsip struktur 3 dimensi.
1.4. Keuntungan Menggunakan Struktur Space-Frame
Space-frame memiliki karakteristik tersendiri sebagai sebuah struktur untuk mendukung pendirian bangunan-bangunan dengan bentangan yang lebih lebar. Penyaluran gaya yang kaku, stabil, dan kompleks merupakan
prinsip-prinsip dasar dari penyusunan sistem space-frame. Dari prinsip- prinsip tersebut, didukung oleh konsep-konsep dasar mengenai space- frame, terdapat beberapa keuntungan dari beberapa faktor yang dapat diperoleh bila menerapkan sistem struktur ini, antara lain :
1) Faktor berat; Material disebarkan dengan leluasa dalam suatu mekanisme transfer beban utama secara aksial; tegangan atau kompresi. Alhasil, seluruh material di dalam elemen yang tersedia dimanfaatkan hingga tingkat batasnya. Juga, kebanyakan space-frame menggunakan aluminium yang sifatnya sangat ringan sebagai material.
2) Faktor tingkat kekakuan; Suatu konstruksi space-frame umumnya cukup kaku didukung tingkat keringanannya, karena karakteristik rangka 3 dimensi keterlibatan seluruh elemen utamanya secara kompleks dan merata.
3) Faktor produksi; Space-frame dapat dibuat dari unit-unit yang terprefabrikasi, yang biasanya banyak ukuran dan bentuknya. Unit-unit tersebut dapat diangkut dengan mudah dan dengan cepat dirakit bahkan oleh tenaga yang kurang terampil, serta biaya pelaksanaannya cenderung lebih kecil.
4) Faktor Kesanggupan; Space-frame mampu dibentuk secara variatif karena memanfaatkan sistem modul standar untuk menghasilkan berbagai grid datar, pola-pola shell, dan bentuk-bentuk yang lebih bebas. Keindahan visual dan kesederhanaan garis dalam space-frame membuat sistem ini sering digunakan.
BAB II
PRINSIP & MEKANISME KERJA SISTEM SPACE-FRAME 2.1. Prinsip Umum Space-Frame
Struktur space-frame merupakan struktur rangka dari hasil pengembangan bentuk dari rangka batang-batang yang sifatnya merata.
Hal ini berarti bahwa struktur ini dapat menangani beban dari segala arah secara stabil karena prinsip framing batang-batang yang merata tanpa adanya perbedaan kekuatan atau tingkat berat/kekakuan tiap-tiap batang.
Sehingga, baik yang bersifat memanjang, melintang, maupun bersilangan (diagonal), batang-batangnya memiliki peranan yang sama dalam menangani beban dan menyalurkan gaya-gaya.
Prinsip utama yang mendasari penggunaan rangka batang-batang pemikul beban ialah penyusunan elemen-elemen menjadi himpunan segitiga yang membentuk komposisi yang saling melengkapi dan sifatnya stabil. Penggunaan prinsip himpunan segitiga ini didasari pada sifat dasar dari bentuk-bentuk bidang 2 dimensi yang diibaratkan sebagai suatu sistem struktur sederhana. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut ini.
Gambar 2.1.3 Perbandingan Sifat-Sifat Struktural Dasar Segiempat dan Segitiga
Dari gambar peraga di atas, dapat dipahami bahwa konfiguras segitiga lebih unggul dari konfigurasi segiempat dalam menangani gaya- gaya yang datang dari berbagai arah-arah yang tak terduga. Konfigurasi segiempat dapat mengalami pembelokan yang dapat mengubah kesan bujursangkar dari segiempat tersebut akibat adanya gaya tekan yang dilakukan pada satu titik pojok segiempat yang mewakili salah satu sumbu koodinat. Hal ini disebabkan akibat tidak adanya perkuatan yang saling mendukung antara 2 titik sudut yang saling berhadapan. Berbeda halnya dengan komposisi segitiga, di mana setiap titik sudut saling terhubung melalui batang-batang/rusuk-rusuknya (member). Sehingga dalam menghadapi gaya-gaya dari berbagai arah, segitiga ini akan tetap stabil dan tidak adanya pembelokan yang terjadi pada titik sudutnya. Setiap komposisi batang segitiga adalah stabil, sehingga dapat disimpulkan bahwa sembarang susunan segitiga bersifat stabil dan kaku.
Lebih lanjutnya lagi, segitiga-segitiga yang saling berkomposisi akan membentuk rangkaian yang bukan hanya stabil, namun dapat dibuat lebih berkembang. Sehingga, komposisi ini dapat menjadi struktur yang sifatnya
lebih kompleks. Untuk membuat stuktur yang lebih kompleks, tentunya dapat dicapai dengan membuat komposisi segitiga ini bekerja secara 3 dimensi (prinsip meruang).
Rangka batang dan rangka ruang dihasilkan dari rakitan loop-loop struktural segitiga (triangulasi). Batang-batang struktur dirancang untuk menahan gaya bersifat tarik dan tekan tanpa ‘melentur’. Batang tarik cenderung lebih efisien dari batang tekan karena mampu menangani tegangan tekuk (buckling). Sistem struktur ini menghasilkan peralihan gaya-gaya, di mana gaya eksternal terbagi dalam beberapa arah dan diimbangi oleh gaya-gaya yang arahnya berlawanan sesuai prinsip vektor.
Daya guna struktur space-frame umumnya terletak pada kesanggupannya untuk mendistribusikan pengaruh terpusat dari beban sebanyak mungkin. Sifat struktur ini digunakan untuk menutup ruang yang besar tanpa tiang antara. Disamping itu, struktur ini juga ekonomis karena konstruksinya menggunakan elemen yang bersifat ringan dan dapat dirancang secara prefabrikasi (dirancang, lalu dikerjakan di lapangan).
Tujuan yang ingin dicapai dari sistem konstruksi ini antara lain:
1) Penerapan sistem konstruksi yang sifatnya baku (lebih mendasar) 2) Sistem konstruksi melalui elemen rangka yang memiliki
panjang dan tingkat kemampuan dan kekuatan yang cenderung sama satu sama lain
3) Dirakit dengan sistem sambungan yang seragam pada tiap- tiap pertemuan batang, sehingga sambungan ini hanya memerlukan 1 baut di ujung tiap-tiap elemen tersebut
4) Sistem dibuat dengan modul-modul atau patokan yang sama dan keluwesannya memungkinkan perluasan dan perubahan (pengembangan), lebih lanjutnya memudahkan dalam proses pembongkaran (apabila dibutuhkan).
Struktur rangka ruang memungkinkan arsitek menciptakan bentuk yang logis dan berfungsi. Namun, kendala yang dihadapi adalah kesukaran menentukan perhitungan struktural yang tepat untuk memperoleh keseimbangan terhadap bangunan yang akan dibangun.
2.2. Prinsip Mekanik Space-Frame
Dengan mengembangkan prinsip komposisi rangka segitiga menjadi komposisi rangka segitiga yang meruang (prinsip 3 dimensi), maka kestabilan itu bukan hanya akan terlihat secara membidang (hanya terpaut pada 2 sumbu koordinat), namun juga akan bersifat meruang (kestabilan pembebanan 3 dimensi). Tentunya dengan dikembangkan menjadi bentuk 3 dimensi, komposisi segitiga ini perlu dikembangkan dengan penambahan panjang dan bentangan agar mampu menghasilkan suatu struktur dengan bentangan yang dapat difungsikan sebagai bangunan dengan tujuan tertentu. Melalui pernyataan-pernyataan tersebut, dapat diketahui bahwa bentuk dasar sistem struktur space-frame adalah tetrahedral. Untuk lebih
Gambar 2.2.4 Prinsip Dasar Penyaluran Gaya melalui Bentuk Tetrahedral
Bentuk dasar sistem space-frame adalah bentuk polihedral dengan pola yang diulang-ulang berdasarkan modul-modul atau acuan tertentu.
Sehingga, bentuk space-frame yang dihasilkan dapat dirangkai sebagus mungkin untuk menambah keindahan yang bersifat struktural. Bentuk- bentuk yang dihasilkan sangat beragam, meskipun prinsip tetrahedral dengan penyaluran gaya yang kompleks ini memberi kesan kaku (sulit untuk membuat bentuk yang terkesan dinamis). Sehingga, bangunan- bangunan yang menggunakan struktur ini juga, rancangannya dapat dibuat lebih berbeda dari desain-desain space-frame yang lebih mendasar dan yang sudah pernah dibuat sebelumnya.
Struktur space-frame merupakan komposisi rangka yang dibuat meruang demi menghasilkan pengolahan dan penanganan gaya-gaya berdasarkan 3 sumbu koordinat (sumbu x, y, dan z). Di mana, prinsip pengolahan gaya-gaya yang bekerja akan terfokus pada ‘titik-titik kumpul’
dari segitiga (pertemuan member, joint). Dari hal ini, terlihat bahwa:
1) Sistem gaya yang bekerja pada tiap-tiap titik kumpul terdiri atas:
Gaya batang yang berkumpul pada titik kumpul
Beban-beban eksternal yang bekerja pada titik kumpul
2) Tiap-tiap titik kumpul harus berada pada keadaan yang seimbang
3) Prinsip-prinsip mekanika struktur rangka ruang adalah pengaliran beban- beban dan gaya-gaya yang arahnya ‘sama dan berlawanan’ yang bekerjasama dalam satu kesatuan yang kompak, di mana gaya-gaya saling bereaksi meniadakan/mematikan, sesuai dengan hukum Newton III (Faksi = Freaksi).
4) Persamaan statika yang digunakan didasarkan pada prinsip meruang (tiga dimensi), sehingga perhitungan statika meninjau ketiga sumbu koordinat (x, y, dan z) dengan persamaan:
Fx=0 | Mx=0
Fy=0 | My=0
Fz=0 | Mz=0
5) Untuk memudahkan dalam menciptakan keseimbangan dalam perancangan struktur space-frame, maka sebaiknya menggunakan sudut-sudut istimewa (45o,60o,dsb) terhadap rusuk bentang, sehingga diperoleh kemungkinan bahwa lebar bentang dapat dikembangkan 6 hingga 36 kali unit modul bentangan.
Apabila diterapkan pada suatu ruangan yang dimensinya cukup besar, maka prinsip kerja ini akan melibatkan banyak titik hubung dan
